Trabajo Práctico

N° 4

de contingencia

➢ Escuela EES 73

➢ Curso: 2to C y D

➢ Año: 2020

➢ Área: Fisicoquímica

➢ Docente: Ing. Tabarrozzi, Daniel

El siguiente Trabajos Prácticos se resuelve utilizando la teoría que se

proporciona.

Les pido se comuniquen cuando reciban el TP ya que debo mantener registro de

los estudiantes que vieron el archivo

Leer toda la teoría y luego realizar las actividades. Cualquier consulta pueden

realizarla al classroom (Código para 2do C: 3alwuiw. Código para 2do D: un7623o ) o a mi e-mail: danieltabarrozzi@gmail.com siempre que manden algo

en cualquiera de las vías por favor identifíquense con nombre, apellido, escuela

y curso.

La realización del siguiente TP es individual, mandarán fotos de lo realizado en

cuanto lo terminen al classroom o al e-mail, y será entregado al profe cuando

reanudemos las clases presenciales.

Teoría

El desarrollo del conocimiento científico, es decir, la creciente comprensión que

tenemos del mundo que nos rodea, se basa en la experimentación y en el

posterior planteamiento de explicaciones, que a su vez son la base para la

construcción de teorías científicas.

Al analizar un determinado fenómeno, intentando establecer por qué motivo se

produce, qué factores intervienen en él, qué relación tiene con otros fenómenos,

etc., se puede proceder de dos maneras. En algunos casos basta con realizar

una descripción detallada del fenómeno, sin necesidad de hacer mediciones, por

esto se dice que es un trabajo cualitativo. En otros casos, es necesario realizar

mediciones, precisas y rigurosas para formular matemáticamente las

observaciones y las conclusiones derivadas de estas. Se dice entonces que el

trabajo científico es cuantitativo.

Finalmente, un aspecto muy importante del trabajo científico es que se lleva a

cabo en equipo. Actualmente, el conocimiento acumulado es tan vasto, que es

imposible que una sola persona pueda conocer todas las áreas. Por este motivo,

es necesario que cada especialista aporte sus conocimientos al equipo para

abordar los objetos de estudio de manera interdisciplinaria.

Metodología científica

No existe una metodología única para desarrollar un proceso científico. Cada

área del conocimiento tiene sus propios métodos, sus propias estrategias y

enfrenta los problemas de su área desde distintos ángulos; sin embargo, todas

se rigen por unos principios comunes. En el caso de las ciencias experimentales

como la química, la biología y la física casi siempre emplean un método común,

en el cual se pueden diferenciar las siguientes etapas:

■ Observación de fenómenos: la observación es la base del trabajo científico.

Observamos para entender por qué o cómo ocurren los fenómenos. Utilizamos

nuestros sentidos y diversos instrumentos de medida para observar y luego de

haber realizado anotaciones y mediciones repetidas veces, podemos plantear

preguntas concretas.

■ Formulación de preguntas: por ejemplo, ¿por qué cuando mezclo dos

compuestos obtengo un tercero de otro color? Es muy importante que las

observaciones que hagamos puedan ser reproducidas y confirmadas por otras

personas. Una vez se ha definido el fenómeno que se quiere estudiar, en primer

lugar se debe observar su aparición, las circunstancias en las que se produce y

sus características.

■ Revisión de trabajos previos: consiste en consultar diversas fuentes para

informarse acerca de lo que se conoce hasta el momento sobre el tema que se

va a tratar. Por esta razón se dice que la ciencia es acumulativa, pues los nuevos

conocimientos se construyen sobre los anteriores y de esta manera se van

ampliando.

■ Formulación de hipótesis: consiste en proponer respuestas a las preguntas

que nos habíamos formulado anteriormente, es decir, se trata de idear posibles

explicaciones del fenómeno observado.

■ Comprobación experimental de la hipótesis: consiste en intentar probar si

la hipótesis planteada logra explicar satisfactoriamente el fenómeno en cuestión.

Para ello se diseña un experimento, durante el cual se realizan nuevas

observaciones, pero bajo condiciones controladas

■ Controlar variables: es posible discernir el efecto de tal o cual factor sobre el

desarrollo del fenómeno. Por ejemplo, si adiciono diferentes cantidades de una

de las dos sustancias, ¿cambia el resultado? Cuando hablamos de controlar las

condiciones nos referimos a definir intencionalmente ciertas variables que

creemos puedan afectar el desarrollo del fenómeno. En nuestro ejemplo, las

variables por controlar podrían ser la temperatura o la cantidad presente de cada

sustancia.

■ Planteamiento y divulgación de las conclusiones: las observaciones y

datos obtenidos en el experimento constituyen resultados concretos que deben

ser analizados con el fin de determinar si corroboran o no la hipótesis y plantear

luego las conclusiones. En caso afirmativo, la hipótesis generará una teoría

científica, es decir, una explicación que da razón de lo observado. De lo contrario

se procede a replantearla y a diseñar nuevos experimentos. Las conclusiones

deben ser comunicadas al resto de la comunidad científica, con el fin de generar

discusiones y permitir que sean utilizadas como punto de partida para otros

descubrimientos o como fundamento para aplicaciones tecnológicas.

■ Elaboración de leyes. Después de una serie de experimentos, es posible

evidenciar regularidades y relaciones entre diferentes sucesos que se enuncian

de manera concisa y matemática en forma de leyes científicas. A diferencia de

una teoría que está constituida por una serie de hipótesis que conforman un

sistema deductivo y proporcionan explicaciones a un acontecimiento, una ley es

descriptiva, no explicativa y se aplica a un conjunto bien definido de fenómenos,

por lo que no puede tomarse como una verdad absoluta.

La medición

Los químicos caracterizan los procesos e identifican las sustancias mediante la

estimación de ciertas propiedades particulares de estos. Para determinar

muchas de esas propiedades es necesario tomar mediciones físicas.

Medir es comparar la magnitud física que se desea cuantificar con una cantidad

patrón que se denomina unidad. El resultado de una medición indica el número

de veces que la unidad está contenida en la magnitud que se mide.

Sistemas físicos

Nuestra realidad objetiva es muy compleja y presenta una gran cantidad de

propiedades para ser estudiadas; por ejemplo, si observamos una piedra,

notamos que su conformación no es sencilla, ya que presenta un gran número

de elementos químicos en su composición interna, seguramente con

imperfecciones en su estructura cristalina; sin embargo, cuando se usa en el

estudio de la caída de los cuerpos, estas propiedades son despreciables en

relación con la posición de la piedra en cada instante de tiempo.

Para que el estudio de un sistema físico resulte útil para la interpretación de la

realidad, se hace una observación de él. En esta interpretación se usan sólo las

propiedades relevantes de los objetos que están relacionadas con el fenómeno

físico que se va a estudiar. Como conclusión, podemos decir que el estudio de

un sistema físico nos ayuda a comprender la realidad y en ese sentido, es una

aproximación a ella.

Son ejemplos de sistemas físicos una estrella, un haz luminoso, un átomo de un

elemento, un resorte, el sistema Tierra-Luna o un circuito eléctrico, entre otros.

Así, por ejemplo, si consideramos el sistema físico formado por un recipiente que

contiene agua, la influencia de la temperatura del medio que lo rodea puede

provocar que el agua hierva o que, por el contrario, se congele.

Las magnitudes físicas

Para la descripción del sistema físico es imprescindible la medición, ya que

permite establecer relaciones cuantitativas entre las diversas variables que

intervienen en su comportamiento.

Las propiedades que caracterizan a los cuerpos o a los fenómenos naturales y

que son susceptibles de ser medidas, reciben el nombre de magnitudes físicas.

Así, la longitud, la masa, la velocidad, el tiempo y la temperatura, entre otras, son

ejemplos de magnitudes físicas.

Otras propiedades, como el olor, el sabor, la bondad, la belleza, no son

magnitudes físicas, ya que no se pueden medir.

Existen magnitudes físicas que son independientes de las demás y reciben el

nombre de magnitudes fundamentales; entre ellas mencionamos la longitud, la

masa y el tiempo. No todos los rasgos que caracterizan un cuerpo o un

determinado fenómeno pueden ser cuantificados. Por ejemplo, el olor y el sabor

no pueden ser estimados objetivamente, sino que dependen de la apreciación

de diferentes individuos. Aquellos rasgos que pueden ser medidos se denominan

magnitudes físicas. Existen dos tipos de magnitudes físicas:

■ Magnitudes fundamentales: son aquellas que no dependen de ninguna otra

medida, expresan simplemente el número de veces que está la unidad patrón en

lo que se desea medir, como por ejemplo la masa, la temperatura o la longitud.

■ Magnitudes derivadas: son aquellas que se expresan como la relación entre

dos o más magnitudes fundamentales. Por ejemplo, la densidad indica la

cantidad de masa presente en una cierta unidad de volumen.

Medición de las magnitudes físicas

Al medir, se compara una magnitud física con una cantidad conocida que se

toma como patrón. Este patrón se denomina unidad. Resulta habitual que las

magnitudes físicas se midan utilizando instrumentos calibrados; así, la masa de

un cuerpo se puede medir en una balanza de platos, comparándola con la de

otros cuerpos de masa conocida

El resultado de la medición de una magnitud se expresa mediante un número y

una unidad. Por ejemplo, si se mide la altura (l) de una persona y se toma como

unidad el metro (m), el resultado debe expresarse de esta manera: l = 1,80 m,

donde el número 1,80 indica cuántas unidades (metros en este caso) están

contenidas en la magnitud medida (la altura de la persona). Decir únicamente

que la altura de la persona es 1,80 no tendría significado, ya que podría tratarse

de 1,80 centímetros, 1,80 milímetros, etc.

Sistema internacional de unidades

Las mediciones confiables y exactas exigen unidades inalterables que los

observadores puedan reproducir en distintos lugares. Por tal razón, en virtud de

un acuerdo firmado en 1960, se estableció que en la mayor parte del mundo se

utilizaría un sistema de unidades para científicos e ingenieros, denominado

Sistema Internacional de Unidades (SI). Estos acuerdos son resultado del trabajo

de la llamada Conferencia General de Pesos y Medidas, organización

internacional con representación en la mayoría de países.

Es importante tener presente que las unidades de las magnitudes fundamentales

han sido escogidas de manera arbitraria por la comunidad científica, teniendo en

cuenta algunas condiciones de comodidad, reproducibilidad, accesibilidad y

universalidad.

La longitud

La unidad básica de longitud en el Sistema Internacional es el metro (m). Durante

mucho tiempo se tomó como definición internacional de metro la distancia

existente entre dos marcas hechas en una barra de platino e iridio (distancia

denominada metro patrón) que se conserva en la Oficina Internacional de Pesos

y Medidas de Sèvres (París). Definir de esta manera el metro no es preciso, ya

que cualquier material, aun el platino y el iridio, está sometido a dilataciones y

contracciones por efecto de la temperatura.

A partir de 1982, las unidades fundamentales del Sistema Internacional se

definen en función de constantes totalmente invariables. En particular, el metro

se define así:

Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío en un tiempo de

1/299.972,458 de segundo.

Aunque el metro es la unidad básica de longitud en el Sistema Internacional, se

utilizan los múltiplos y los submúltiplos del metro para expresar algunas

distancias. En ocasiones, si las distancias son muy grandes se emplea el año

luz, el cual es equivalente a la distancia que recorre la luz en un año.

La masa

La unidad básica de masa en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg). El

kilogramo fue definido desde 1889 como la masa de un bloque de platino e iridio,

denominado kilogramo patrón, que se conserva en la Oficina Internacional de

Pesos y Medidas de Sèvres.

Aunque la unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo, la masa se

expresa con otras unidades, como los múltiplos y submúltiplos del gramo. Por

ejemplo, la cantidad de alguna sustancia contenida en un medicamento se

expresa en miligramos (mg).

El tiempo

La unidad de tiempo en el Sistema Internacional es el segundo (s).

Desde 1889 a 1967, el segundo fue definido como la fracción 1/86.400 del día

solar medio, pero, como la duración del día experimenta variaciones, la definición

actual es la siguiente:

Un segundo es la duración que tienen 9.192.631.770 períodos de una

determinada radiación de cesio-133.

Otras unidades de tiempo diferentes al segundo se utilizan de acuerdo con los

períodos de tiempo que se quieran determinar. Por ejemplo, para referirse al

tiempo que emplea un planeta de nuestro sistema solar en dar una vuelta

alrededor del Sol, se utilizan los años o los días, pero para medir el tiempo que

tarda una de las alas de un insecto en su ir y venir, se utilizan los milisegundos

(ms).

Equivalencia entre unidades

No siempre utilizamos el SI (sistema internacional) de unidades. Con frecuencia,

y especialmente en química empleamos unidades muy pequeñas, así por

ejemplo expresamos la masa en gramos o miligramos (mg), o la longitud en

micras (µm) o nanómetros (nm).

En estos casos debemos transformar unas unidades en otras equivalentes. La solución de estos inconvenientes está en el empleo de múltiplos y submúltiplos de las respectivas unidades. El cuadro presenta los prefijos más comunes y su respectiva equivalencia.

Para transformar la unidad en que se expresa la medida de una magnitud fundamental en su correspondiente unidad SI, basta conocer los múltiplos y submúltiplos de dicha unidad.

Así, por ejemplo, si queremos transformar 5 metros en centímetros, debemos saber que un metro equivale a 100 centímetros y por lo tanto los 5 metros equivalen a:

5 𝑚 .100 𝑐𝑚

1 𝑚= 500 𝑐𝑚

Si el caso corresponde a una magnitud derivada debemos considerar su definición y luego aplicar la transformación a cada una de las magnitudes fundamentales que la definen

Sistema británico de unidades

Aunque utilizaremos con mayor frecuencia las unidades del Sistema

Internacional, cabe mencionar que existen otros sistemas de unidades. Uno de

ellos es el sistema británico de unidades, que se usa habitualmente en los

Estados Unidos.

El pie (p) es la unidad de longitud en este sistema y equivale a 30,48 centímetros.

Otras unidades comunes de longitud son: la pulgada (pul), que equivale a 2,54

centímetros y la milla (mi), que equivale a 1.609 kilómetros.

El slug es la unidad de masa y equivale a 14,59 kilogramos.

La unidad de tiempo en el sistema británico, al igual que en el Sistema

Internacional, es el segundo.

Conversión de unidades

Es muy común expresar algunas cantidades en diferentes unidades de medida.

Por ejemplo, determinar a cuántos kilómetros equivalen 1.560 metros o a

cuántos segundos equivalen 20 minutos. Preguntas como estas se resuelven

mediante la conversión de unidades.

Algunas de estas conversiones sólo requieren realizar un cálculo mental; en

otras ocasiones se hace necesaria la utilización de los factores de conversión,

los cuales facilitan la expresión de una misma cantidad física en unidades

diferentes.

Los factores de conversión se utilizan cuando se establece proporcionalidad

entre las unidades. Por ejemplo, un slug equivale a 14,59 kg. En consecuencia,

para convertir 30 kilogramos en x slug, escribimos la proporción:

1 𝑠𝑙𝑢𝑔

14,59 𝑘𝑔=

𝑥

30 𝑘𝑔

Al despejar X:

𝑥 = 30 𝑘𝑔 . 1 𝑠𝑙𝑢𝑔

14,59 𝑘𝑔

Calculando: x = 2,06 slug

La misma conversión se puede realizar de la siguiente manera:

30 𝑘𝑔 .1 𝑠𝑙𝑢𝑔

14,59 𝑘𝑔= 2,06 𝑠𝑙𝑢𝑔

A la expresión 1 slug = 14,59 kg se le denomina factor de conversión. En un

factor de conversión se establece un cociente entre la unidad de un sistema y su

equivalencia en otro sistema o en otra unidad del mismo sistema.

Cómo interpretar las unidades de medida

En el estudio de las ciencias es importante dar significado a las unidades. La

densidad del aluminio es 2,70 g/cm3. Este dato permite concluir que la masa de

cada cm3 de aluminio es 2,70 g.

En este caso, la unidad g/cm3 se interpreta de la siguiente manera: si la densidad

del aluminio es 2,70 g/cm3, se tiene que la masa de cada cm3 de aluminio es

2,70 g.

En conclusión, podemos afirmar que la densidad es una magnitud derivada,

puesto que para su definición, se utilizan las magnitudes masa y volumen, siendo

el volumen una magnitud derivada de la longitud.

TP N° 4

1. ¿Cuál es la importancia de la matemática para abordar situaciones

propias de la física?

2. Escribe V, si el enunciado es verdadero o F, si es falso.

a- La física utiliza los sentidos, los instrumentos de medición y la

observación en su proceso de búsqueda del porqué y el cómo

suceden los fenómenos naturales.

b- Los pasos del trabajo científico se deben desarrollar en el orden en

el que están planteados para poder obtener los resultados

esperados.

c- La curiosidad y el deseo de saber más, del hombre, constituyen el

principal insumo del trabajo científico.

d- El trabajo científico de mayor aporte social es aquel que realiza de

manera individual, el científico en su laboratorio.

3 Escribe V, si el enunciado es verdadero o F, si es falso

a. El volumen es una magnitud fundamental que se expresa en cm3.

b. La cantidad de sustancia es una de las magnitudes básicas.

c. Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío en un

segundo.

d. El pie es una unidad de longitud que permite expresar la longitud de

un cuerpo, en el sistema CGS.

e. Los prefijos nos permiten expresar múltiplos o submúltiplos de una

unidad.

f. La velocidad es una magnitud fundamental.

4 Convierte las siguientes unidades a gramos:

a) 1,5 kg

b) 45 mg

c) 15 lb

d) 1 ton

5 Actualmente los químicos industriales se dedican a la fabricación de

productos que mejoran nuestra calidad de vida, tanto a nivel del cuidado

de la piel, como aquellos relacionados con el cuidado del organismo.

Sin embargo, una desventaja de estas actividades es la producción de

residuos que contaminan el ambiente.

a) ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de la obtención de estos

productos?

b) ¿Qué otros campos de acción tiene la química industrial?

6 En un experimento de laboratorio se registraron las siguientes masas: 3

kg, 4.000 g, 650 mg y 0,6 mg. ¿Cuál es la masa total en gramos?